一种高容量锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高容量锂离子电池负极材料及其制备方法，其制备方法首先通过配置插层剂溶液并添加到石墨烯溶液中，之后得到层间距大的改性石墨烯材料；之后采用电化学沉积法，以氯化钠的高分子微球溶液为溶液，电化学沉积得到石墨烯/锂粉复合负极材料。其制备出复合负极材料依靠其石墨烯导电率高的特性提高其材料大倍率充放电能力，及其石墨烯层间的含锂化合物提高材料的克容量和首次效率，其制备出的锂离子电池具有比能量密度高、倍率性能佳及其循环性能好等特性。佳及其循环性能好等特性。佳及其循环性能好等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高容量锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高容量锂离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着国家财政部公布发布了《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，要求锂电池具有更高的能量密度，以达到最高的补贴标准。目前市场化的锂离子电池负极材料主要以石墨类为主，但是其存在克容量偏低、大倍率性能差、安全性能差等问题，造成其锂离子电池的能量密度难以有明显改善。石墨烯是近几年发展起来的一种新型负极材料，并以其导电率高作为负极材料安全性能佳等优点而应用于极片涂层、导电剂及其负极材料等储能领域，但是直接作为负极材料使用存在首次效率低、比容量偏低等问题。比如专利(CN106784747A)公开了一种石墨烯基锂离子电池负极材料，其负极材料为三维多孔石墨烯和负载于三维多孔石墨烯表面的非碳材料，其材料的克容量虽然得到明显改善，但是其存在首次效率低，导电率偏低及其振实密度偏低等问题，造成其应用受到限制。而负极预锂化是近几年发展起来的一种新型技术，即通过负极材料补锂提高其材料的首次效率及其锂离子的传输速率，并提高其首次效率，并提高其材料的能量密度。

技术实现思路

[0003]针对目前石墨烯负极材料存在首次效率低等方面的问题，本专利技术通过石墨烯扩层及其负极预锂化，将锂粉复合物嵌入于石墨烯层间，完成对石墨烯的补锂，提高其石墨烯负极材料的首次效率。
[0004]一种高容量锂离子电池负极材料，其特征在于，所述的负极材料是由改性石墨烯及其掺杂在石墨烯之间的含锂有机聚合物组成，其含锂有机聚合物为负极材料的(1～20)％；
[0005]一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，其详细制备过程如下：
[0006]1)溶液A的制备：
[0007]称取(30～50)份过氧化氢、(10～30)份有机酸及其(5～10)份碳酸钾添加到500份的二次蒸馏水中，搅拌均匀后得到溶液A；
[0008]2)改性石墨烯的制备：
[0009]之后称取(10～20)份石墨烯加入到溶液A中，并在温度为(50～100)℃温度下搅拌(1～3)h，之后在80℃温度下烘干，之后以升温速率为(1～5)℃/min升温到(700～800)℃，并保温(6～12)h得到改性石墨烯B；
[0010]3)石墨烯/锂粉复合材料的制备：
[0011]将高分子聚合物溶于碳酸甲乙酯(EMC)中形成聚合物溶液，低速搅拌后，将单质锂粉末投入所聚合物溶液中，搅拌30分钟，之后过滤，得到核壳结构的高分子微球；之后以改性石墨烯B压制成粉体作为工作电极、含有氯化钠的高分子微球溶液为溶液(氯化钠浓度为
0.1mol/L，高分子微球浓度为0.1mol/L)，采用电化学沉积法将高分子微球沉积在改性石墨烯层间，得到石墨烯/锂粉复合材料。
[0012]其中：质量比，高分子聚合物∶锂粉∶EMC＝(5～15)∶(0.5～2)∶500；
[0013]步骤(1)中有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、马来酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸中的一种；
[0014]步骤(3)所述的高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚3-甲氧基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸月桂酯、聚丙烯酸三氟乙酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯等中的任意一种，其分子量为1～10万。
[0015]步骤(3)中电化学沉积采用恒压法，循环伏安法中的一种，其恒压法电压范围0～5V，循环伏安法法的电压范围为(-2～2)V。
[0016]有益效果：
[0017]1)通过配置插层剂溶液，并与石墨烯溶液混合，提高石墨烯的层间距，之后将锂粉复合体嵌入于石墨烯层间，完成对石墨烯的补锂，提高其首次效率，并提高其材料的克容量，同时将锂粉嵌入于石墨烯层间又可以避免锂粉或石墨烯之间的团聚，造成其容量发挥偏低。
[0018]2)为防止锂粉的氧化在其表面聚合物，其聚合物具有与油性溶剂不溶，但溶于电解液，并通过电化学法沉积于石墨烯层间及其表面具有致密度高、结构稳定性强等优点。同时利用石墨烯孔洞储锂的特性，提高其材料的过充等安全性能。
附图说明：
[0019]图1为实施例1制备出的石墨烯复合材料的SEM图；
具体实施方式：
[0020]实施例1
[0021]1)溶液A的制备：
[0022]称取40g过氧化氢、20g甲酸及其8g碳酸钾添加到500g的二次蒸馏水中，搅拌均匀后得到溶液A；
[0023]2)改性石墨烯的制备：
[0024]之后称取15g石墨烯加入到溶液A中，并在温度为80℃温度下搅拌2h，之后在80℃温度下真空烘干，之后在氩气气氛下以升温速率为3℃/min升温到750℃，并保温8h，得到改性石墨烯；
[0025]3)石墨烯/锂粉复合材料：
[0026]10g将聚甲基丙烯酸甲酯溶于500ml碳酸甲乙酯(EMC)中形成聚合物溶液，低速搅拌后，将1g锂粉末投入所聚合物溶液中，搅拌30分钟，之后过滤，得到核壳结构的高分子微球；之后以改性石墨烯压制成粉体作为工作电极、含有氯化钠的高分子微球溶液为溶液(氯化钠浓度为0.1mol/L，高分子微球浓度为0.1mol/L)，采用恒压沉积法(电压：2V，沉积时间30min)将高分子微球沉积在改性石墨烯层间，得到石墨烯/锂粉复合材料。
[0027]实施例2
[0028]1)溶液A的制备：
[0029]称取30g过氧化氢、10g乙酸及其5g碳酸钾添加到500g的二次蒸馏水中，搅拌均匀后得到溶液A；
[0030]2)改性石墨烯的制备：
[0031]之后称取10g石墨烯加入到溶液A中，并在温度为50℃温度下搅拌3h，之后在80℃温度下烘干，之后在氩气气氛下以升温速率为1℃/min升温到700℃，并保温6h得到改性石墨烯；
[0032]3)石墨烯/锂粉复合材料的制备：
[0033]将5g聚甲基丙烯酸乙酯溶于500ml碳酸甲乙酯(EMC)中形成聚合物溶液，低速搅拌后，将0.5g单质锂粉末投入所聚合物溶液中，搅拌30分钟，之后过滤，得到核壳结构的高分子微球；之后以改性石墨烯压制成粉体作为工作电极、含有氯化钠的高分子微球溶液为溶液(氯化钠浓度为0.1mol/L，高分子微球浓度为0.1mol/L)，采用循环伏安法(电压范围-2-2V，扫面速度1mV/s，扫描周数3周)将高分子微球沉积在改性石墨烯层间，得到石墨烯/锂粉复合材料。
[0034]实施例3
[0035]1)溶液A的制备：
[0036]称取50g过氧化氢、30g苯乙酸及其10g碳酸钾添加到500g的二次蒸馏水中，搅拌均匀后得到溶液A；
[0037]2)改性石墨烯的制备：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量锂离子电池负极材料，其特征在于，所述的负极材料是由改性石墨烯及其掺杂在石墨烯之间的含锂有机聚合物组成，其含锂有机聚合物为负极材料的(1～20)％。2.根据权利要求1所述的一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，其详细制备过程如下：1)溶液A的制备：称取(30～50)份过氧化氢、(10～30)份有机酸及其(5～10)份碳酸钾添加到500份的二次蒸馏水中，搅拌均匀后得到溶液A；2)改性石墨烯的制备：之后称取(10～20)份石墨烯加入到溶液A中，并在温度为(50～100)℃温度下搅拌(1～3)h，之后在80℃温度下烘干，之后以升温速率为(1～5)℃/min升温到(700～800)℃，并保温(6～12)h得到改性石墨烯B；3)石墨烯/锂粉复合材料的制备：将高分子聚合物溶于碳酸甲乙酯(EMC)中形成聚合物溶液，低速搅拌后，将单质锂粉末投入所聚合物溶液中，搅拌30分钟，之后过滤，得到核壳结构的高分子微球；之后以改性石墨烯B压制成粉体作为工作电极、含有氯化钠的高分子微球溶液为溶液(氯化钠浓度为0.1mol/L，高分子微球浓度为0.1mol/L)，采用电...

【专利技术属性】
技术研发人员：粱华，李昂，
申请(专利权)人：珠海中科兆盈丰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：